DE10310219A1

DE10310219A1 - Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine und Verfahren hierzu

Info

Publication number: DE10310219A1
Application number: DE10310219A
Authority: DE
Inventors: Johannes Dipl.-Ing. Leweux; Oliver Dipl.-Ing. Meister; Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-03-08
Filing date: 2003-03-08
Publication date: 2004-09-16

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung von zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil (1) einwirkenden Betätigungselementen (2, 3) eines Ventiltriebes eienr einen Zylinderkopf aufweisenden Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung ein Sperrelement (17) zur Koppelung der Betätigungselemente (2, 3) vorsieht, das von einem Elektromagneten (15) beaufschlagt wird, dessen Spule (15a) und Joch (15b) mit einem an einem der Betätigungselemente (2, 3) angeordneten Anker (16) zusammenwirken, und ein Verfahren hierzu. DOLLAR A Um eine Vorrichtung zu schaffen, die verschleiß- und reibungsfrei mit einer hohen Betriebssicherheit arbeitet, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass von dem zylinderkopffesten Elektromagnet (15) über den Anker (16) zur Koppelung oder Entkoppelung Magnetkraft induktiv in das Betätigungselement (2) eingespeist wird, wobei die Spule (15a) und das Joch (15b) des Elektromagneten (15) am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine oder an einem mit dem Zylinderkopf verbundenen Bauteil befestigt sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren hierzu nach dem Oberbegriff des Anspruchs 12.
Eine derartige Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungshebel eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine ist aus der DE 100 60 890 A1 bekannt. Die Vorrichtung weist einen Elektromagneten auf, der einen als Sperrbolzen ausgebildeten und an einem der Hebel befestigten Anker besitzt. Zur Koppelung der Hebel wird der Elektromagnet bestromt, wodurch der verschiebbare Sperrbolzen in eine am anderen Hebel angeordneten Aufnahme ausgefahren wird, wobei das Versorgungskabel, des mit dem Hebel mitbewegten Elektromagneten im Betrieb der Brennkraftmaschine brechen kann.
Die EP 0 833 041 A1 zeigt eine Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung eines Schwenkhebels eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung weist einen im Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigten Elektromagneten auf, der ein auf den Schwenkhebel wirkendes Verriegelungselement betätigt, wodurch im Betrieb der Vorrichtung zwischen Elektromagnet und Schwenkhebel Reibungsverluste und Verschleiß entstehen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine zu schaffen, die verschleiß- und reibungsfrei mit einer hohen Betriebssicherheit arbeitet.
Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 und bei einem Verfahren zur Koppelung bzw. Entkoppelung zweier Betätigungselemente eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst.
Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung liegt darin, dass von einem zylinderkopffesten Elektromagnet mit Spule und Joch über einen mit dem Betätigungselement mitbewegten Anker die Kraft induktiv in das Betätigungselement eingekoppelt wird. Im Grunde genommen findet eine berührungslose Krafteinspeisung vom zylinderkopffesten Elektromagneten in das bewegte Element statt, wodurch die Vorrichtung verschleiß- und reibungsfrei mit einer hohen Betriebssicherheit arbeitet. In vertikaler Richtung kann der bewegte Anker stets alle erforderlichen Bewegungen ausführen. In horizontaler Richtung besteht im entkoppelten Zustand der Elemente zwischen Anker und Joch ein konstanter geringer Luftspalt, welcher eine kleine Dimensionierung des Elektromagneten und einen geringen Stromverbrauch erlaubt.
Vorteilhafterweise ist der Ventiltrieb durch die Vorrichtung auf zwei unterschiedliche Ventilhübe schaltbar ausgelegt, indem die Betätigungshebel des Ventiltriebes koppelbar sind. Im gekoppelten Zustand von Innenhebel und Außenhebel wird der Nockenhub über den Außenhebel auf das Gaswechselventil übertragen. Eine Entkoppelung bewirkt eine Deaktivierung bzw. einen Leerhub des Außenhebels, so dass das Gaswechselventil nur vom Innenhebel beaufschlagt wird. Mit dieser Vorrichtung lassen sich also zwei Betriebszustände schalten, nämlich „grosser Hub" und „kleiner Hub". Im entkoppelten Zustand läuft der Außenhebel trotz Nockenbeaufschlagung leer und wird über die Leerhubfeder in die Ausgangsposition zurückgebracht. Zusätzlich ist mit dieser Vorrichtung auch eine Umschaltung zwischen „grossem Hub" bzw. „kleinem Hub" und „Leerhub" denkbar.
Weitere Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung gehen aus den übrigen Unteransprüchen und der Beschreibung hervor.
In den Zeichnungen ist die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert, und zwar zeigen:
1 zwei Betätigungshebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine im gekoppelten Zustand,
2 zwei Betätigungshebel eines Ventiltriebs einer Brennkraftmaschine im entkoppelten Zustand und
3 einen Ausschnitt der entkoppelten Betätigungshebel aus einem anderen Blickwinkel.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung von zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil 1 einwirkenden Betätigungselementen 2, 3 eines Ventiltriebes einer Brennkraftmaschine, wobei als Betätigungselemente 2, 3 schaltbare Betätigungshebel, schaltbare Tassenstößel oder schaltbare Abstützelemente vorgesehen sein können. In den nachfolgenden Figuren ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung mit schaltbaren Betätigungshebeln 2, 3 offenbart.
1 zeigt den Ventiltrieb zur Betätigung des mindestens einen Gaswechselventiles 1 der Brennkraftmaschine mit einem Innenhebel 2, einem Außenhebel 3, einem hydraulischen Spielausgleichselement 4 und einem an einer Nockenwelle 5 ausgebildeten Nocken 6, der axial hintereinander ein großes No ckenprofil 6a, ein kleines und hier nicht sichtbares Nockenprofil und wieder ein großes Nockenprofil 6a aufweist, wobei auch eine Umkehrung der Reihenfolge oder beispielsweise ein Nullprofil denkbar wäre.
Der Innenhebel 2 ist mit seinem ersten Ende um eine Achse 7 schwenkbar gelagert, wobei sich die Achse 7 über das hydraulische Spielausgleichselement 4 am hier nicht dargestellten Zylinderkopf der Brennkraftmaschine abstützt, und wirkt an seinem zweiten Ende 8 auf das mindestens eine Gaswechselventil 1 ein. Der Innenhebel 2 weist eine Nockengleitfläche oder eine Nockenrolle 9 auf, über welche die Beaufschlagung des Innenhebels 2 durch eines der Nockenprofile des Nockens 6 erfolgen kann. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Innenhebel 2 vom kleinen Nockenprofil des Nockens 6 beaufschlagt.
Der Außenhebel 3 weist zwei mit Nockengleitflächen 10 versehenen Arme 11 auf, mit welchen er den Innenhebel 2 umgibt, und ist an einem Ende um eine Achse 12 schwenkbar auf dem Innenhebel 2 gelagert, wobei auch eine Lagerung des Innenhebels 2 auf dem Außenhebel 3 denkbar wäre. Das andere Ende 13 des Außenhebels 3 ist über eine vorgespannte Leerhubfeder 14 mit der Schwenkachse 7 des Innenhebels 2 verbunden, wobei die Feder 14 dafür sorgt, dass die Nockengleitflächen 10 des Außenhebels 3 stets mit den sie beaufschlagenden Nockenprofilen 6a des Nockens 6 in Berührung sind. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel wird der Außenhebel 3 von den beiden großen Nockenprofilen 6a des Nockens 6 beaufschlagt.
Das System besteht also aus zwei Hebeln, dem Innenhebel 2, der sich am hydraulischen Ventilspielausgleichselement 4 abstützt und auf den Ventilschaft des zu betätigenden Gaswechselventils 1 wirkt, und dem Außenhebel 3, der auf dem Innen hebel 2 gelagert ist und auf diesem, zusätzlich gehalten durch die Leerhubfeder 14, schwingen kann.
Um das Gaswechselventil 1 wahlweise über den Innenhebel 2 oder über den Außenhebel 3 betätigen zu können und somit unterschiedliche Ventilhübe zu erreichen, ist eine Vorrichtung zur Koppelung bzw. zur Entkoppelung der beiden Betätigungshebel 2, 3 vorgesehen. Die Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung weist einen Elektromagneten 15 auf, der aus einer Spule 15a und einem Joch 15b besteht, die mit einem an einem der Betätigungshebel 2, 3 angeordneten Anker 16 zusammenwirken. Der Anker 16 wirkt mit einem Sperrelement 17 zusammen, das zusätzlich von einer Druckfeder 18 beaufschlagt ist, wobei der Anker 16 in einer Querachsenrichtung 21 auf das Sperrelement 17 und die Druckfeder 18 in der entgegengesetzten Richtung 22 auf das Sperrelement 17 wirkt. Das Sperrelement 17 wird von der Druckfeder 18 aktiviert und von dem als Rückholelement wirkenden Anker 16 des Elektromagneten 15 deaktiviert.
1 zeigt die gekoppelten Betätigungshebel 2 und 3. Der Elektromagnet 15 ist stromlos geschalten, wodurch die Druckfeder 18 das vorzugsweise keilförmige Sperrelement 17 unter den auf dem Innenhebel 2 gelagerten Außenhebel 3 schiebt. Dadurch wird der Außenhebel 3 zur Ventilbetätigung aktiviert, d.h. der Nocken 6 beaufschlagt den Außenhebel 3 mit dem großen Nockenprofil 6a, der Außenhebel 3 stützt sich über das eingeschobene Sperrelement 17 auf dem Innenhebel 2 ab, welcher dann das Gaswechselventil 1 betätigt, wobei das kleine Nockenprofil des Nockens 6 ins Leere läuft.
Gemäss 2 wird zur Entkoppelung der Betätigungshebel 2, 3 der Elektromagnet 15 bestromt, wodurch der Anker 16 in eine vom Joch 15b gebildete Ausnehmung 19 gezogen wird. Dadurch zieht der Anker 16 das mit ihm verbundene Sperrelement 17 gegen den Widerstand der Druckfeder 18 unter dem Außenhebel 3 weg und in eine Ausgangsposition zurück, d.h. das Sperrelement 17 liegt in diesem Zustand nur an den Hebeln 2, 3 an. Hiermit wird der Innenhebel 2 aktiviert, d.h. der Nocken 6 beaufschlagt den Innenhebel 2 mit dem kleinen Nockenprofil, der dann das Gaswechselventil 1 betätigt, wobei der Außenhebel 3, der ebenfalls vom Nocken 6 beaufschlagt wird, lediglich eine schwingende Leerbewegung auf dem Innenhebel 2 ausführt. Zur deutlicheren Darstellung des Sperrelementes 17 zeigt 3 einen Ausschnitt der entkoppelten Betätigungshebel 2, 3 aus einem anderen Blickwinkel. Hierbei ist deutlich erkennbar, dass das Sperrelement 17 nun vor dem Außenhebel 3 und nicht mehr, wie im gekoppelten Zustand der Betätigungshebel 2 und 3, unter dem Außenhebel 3 sitzt.
Wie bereits erwähnt weist das Joch 15b des Elektromagneten 15 die in Hochachsenrichtung 20 offene Ausnehmung 19 auf, in welcher der Anker 16 bei der Entkoppelung der Betätigungshebel 2, 3 in Querachsenrichtung 21 mindestens teilweise aufnehmbar ist, wobei zwischen Joch 15b und Anker 16 ein geringer Luftspalt besteht.
Um ein verschleiß- und reibungsfreies Betreiben der Vorrichtung zu ermöglich, sind sowohl Spule 15a als auch Joch 15b des Elektromagneten 15 am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine befestigt. Somit wird nur der Anker 16 mit der Vorrichtung mitbewegt. Zur Koppelung bzw. Entkoppelung wird vom zylinderkopffesten Elektromagneten 15 über den Anker 16 induktiv Magnetkraft in den Betätigungshebel 2 und damit indirekt in das Sperrelement 17 eingespeist.

Claims

Vorrichtung zur Koppelung bzw. Entkoppelung von zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil (1) einwirkenden Betätigungselementen (2, 3) eines Ventiltriebes einer einen Zylinderkopf aufweisenden Brennkraftmaschine, wobei die Vorrichtung ein Sperrelement (17) zur Koppelung der Betätigungselemente (2, 3) vorsieht, das von einem Elektromagneten (15) beaufschlagt wird, dessen Spule (15a) und Joch (15b) mit einem an einem der Betätigungselemente (2, 3) angeordneten Anker (16) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass die Spule (15a) und das Joch (15b) des Elektromagneten (15) am Zylinderkopf der Brennkraftmaschine oder an einem mit ihm verbundenen Bauteil befestigt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Betätigungselemente (2, 3) schaltbare Betätigungshebel, schaltbare Tassenstößel oder schaltbare Abstützelemente vorgesehen sein können.
Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungshebel (2, 3) von zwei unterschiedlichen Nockenprofilen (6a) beaufschlagbar sind, wobei der erste Betätigungshebel als Innenhebel (2) an einem Ende um eine erste Achse (7) schwenkbar gelagert ist und an seinem anderen Ende (8) mit dem Ventilschaft des Gaswechselventils (1) zusammenwirkt, wobei der zweite Betätigungshebel als Außenhebel (3) auf dem Innenhebel (2) um eine zweite Achse (12) schwenkbar gelagert ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (17) zur Koppelung der Betätigungselemente (2, 3) von einer Druckfeder (18) beaufschlagt und damit aktiviert wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (17) zur Entkoppelung der Betätigungselemente (2, 3) von dem Anker (16) beaufschlagt und damit deaktiviert wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Anker (16) gegen den Widerstand der Druckfeder (18) als Rückholelement auf das Sperrelement (17) wirkt.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenhebel (3) von einer Leerhubfeder (14) beaufschlagt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Joch (15b) des Elektromagneten (15) eine in Hochachsenrichtung (20) offene Ausnehmung (19) aufweist, in welcher der Anker (16) bei der Entkoppelung der Betätigungselemente (2, 3) in Querachsenrichtung (21) mindestens teilweise aufnehmbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, 5, 6 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass bei entkoppelten Betätigungselementen (2, 3) zwischen Joch (15b) und Anker (16) ein geringer Luftspalt besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (17) im aktivierten Zustand eine Kraftübertragung zwischen den Betätigungselementen (2, 3) ermöglicht.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenhebel (2) von einem kleinen Nockenprofil und der Außenhebel (3) von einem großen Nockenprofil (6a) des Nockens (6) beaufschlagt wird.
Verfahren zur Verriegelung bzw. Entriegelung von zwei wahlweise auf ein Gaswechselventil (1) einwirkenden Betätigungselementen (2, 3) eines Ventiltriebes einer einen Zylinderkopf aufweisenden Brennkraftmaschine, insbesondere zum Betrieb der Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Betätigungselemente (2, 3) durch ein Sperrelement (17) der Vorrichtung gekoppelt bzw- entkoppelt werden können, wobei die Vorrichtung einen Elektromagneten (15) aufweist, dessen Spule (15a) und Joch (15b) mit einem an einem der Betätigungselemente (2, 3) angeordneten Anker (16) zusammenwirken, dadurch gekennzeichnet, dass von dem zylinderkopffesten Elektromagnet (15) über den Anker (16) zur Koppelung oder Entkoppelung Magnetkraft induktiv in das Betätigungselement (2) eingespeist wird.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinspeisung berührungsfrei erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zur Durchführung des Verfahrens schaltbare Betätigungshebel (2, 3), schaltbare Tassenstößel oder schaltbare Abstützelemente vorgesehen sein können.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die als ein Innenhebel (2) und ein Außenhebel (3) ausgebildeten Betätigungshebel durch das Sperrelement (17) der Vorrichtung gekoppelt werden können, indem bei unbestromtem Elektromagneten (15) eine Druckfeder (18) das Sperrelement (17) zwischen Innenhebel (2) und Außenhebel (3) einschiebt, wodurch der Außenhebel (3) zur Ventilbetätigung aktiviert wird, indem er sich bei Beaufschlagung durch den Nocken (6) am Innenhebel (2) abstützt, welcher dann das Gaswechselventil (1) betätigt.
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die als ein Innenhebel (2) und ein Außenhebel (3) ausgebildeten Betätigungshebel durch das Sperrelement (17) der Vorrichtung entkoppelt werden können, indem bei bestromtem Elektromagneten (15) der Anker (16) das Sperrelement (17) gegen den Widerstand der Druckfeder (18) in eine Ausgangsposition zurückholt, wodurch der Innenhebel (2) zur Ventilbetätigung aktiviert wird und der Außenhebel (3) eine Leerbewegung auf dem Innenhebel (2) ausführt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Koppelung oder eine Entkoppelung der Betätigungselemente (2, 3) nur in der Schließstellung des Gaswechselventils (1) möglich ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Sperrelement (17) von der Druckfeder (18) aktiviert und von dem als Rückholelement wirkenden Anker (16) des Elektromagneten (15) deaktiviert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckfeder (18) in einer Querachsenrichtung (22) auf das Sperrelement (17) und der Anker (16) in der entgegengesetzten Richtung (21) auf das Sperrelement (17) wirkt.